(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の光源から発生され異なる波長を有する記録再生光の透過回折効率の低下を防止し透過回折効率及び回折角をともに最適化する。【解決手段】光ピックアップは、光源と光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、対物レンズ１４と、対物レンズ１４の直前に配置される１組の回折素子１５及び回折素子１６とを備え、第１の回折素子１５は、ブレーズ型回折素子であって各光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他次数の回折光と比べて最大になる溝深さとし、第２の回折素子１６は、ステップ型回折素子であって光ビーム５１及び光ビーム５３に対して０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さとし、光ビーム５２に対して１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さとする。【選択図】図２
2006286143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、該第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対して異なる波長及び開口数の光ビームを照射する光ピックアップにおいて、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
上記１組の回折手段は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、
上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項３】
上記１組の回折手段における上記一方の回折手段は断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であり、上記他方の回折手段は断面形状が階段状になったステップ型回折素子であることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項４】
上記ブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、上記ステップ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有することを特徴とする請求項３記載の光ピックアップ。
【請求項５】
上記１組の回折手段は、上記第１の回折手段と上記第２の回折手段とが単一の光学板状部材の両面に設けられて構成されることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項６】
上記１組の回折手段における一方の回折手段は上記対物レンズに設けられ、他方の回折手段は、光学板状部材に設けられることを特徴とする請求項１記載の光ピックアップ。
【請求項７】
第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、該第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対して異なる波長及び開口数の光ビームを照射する光ピックアップにおいて、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
上記１組の回折手段は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、
上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項８】
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項９】
上記１組の回折手段は、各々の断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項１０】
上記１組の回折手段は、一方のブレーズ型回折素子が上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、他方のブレーズ型回折素子が上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有することを特徴とする請求項９記載の光ピックアップ。
【請求項１１】
上記１組の回折手段は、第１の回折格子と第２の回折格子が単一の光学板状部材の両面に設けられて構成されることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項１２】
上記１組の回折手段における一方の回折手段は上記対物レンズに設けられ、他方の回折手段は、光学板状部材に設けられることを特徴とする請求項７記載の光ピックアップ。
【請求項１３】
互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、
上記光学ピックアップは、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
上記１組の回折手段は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大とまる第１の回折手段と、
上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなることを特徴とする光学記録媒体記録再生装置。
【請求項１４】
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする請求項１３記載の光学記録媒体記録再生装置。
【請求項１５】
上記１組の回折手段において上記一方の回折手段は断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であり、上記他方の回折手段は断面形状が階段状になったステップ型回折素子であることを特徴とする請求項１３記載の光ピックアップ。
【請求項１６】
上記１組の回折手段において上記ブレーズ型回折素子は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、上記ステップ型回折素子は上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有することを特徴とする請求項１５記載の光ピックアップ。
【請求項１７】
互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、
上記光学ピックアップは、
対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、
上記１組の回折手段は、上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、
上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなることを特徴とする光学記録媒体記録再生装置。
【請求項１８】
上記結像ユニットに対して平行光が入射されることを特徴とする請求項１７記載の光学記録媒体記録再生装置。
【請求項１９】
上記１組の回折手段は、各々の断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であることを特徴とする請求項１７記載の光学記録媒体記録再生装置。
【請求項２０】
上記１組の回折手段は、一方のブレーズ型回折素子が上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、他方のブレーズ型回折素子が上記第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有することを特徴とする請求項１９記載の光学記録媒体記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学記録媒体を記録再生するための光学系であって、異なる記録再生波長を用いて複数の記録媒体に対して書込及び読込が行える光ピックアップ及び光学記録媒体記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（Mini Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体は、更なる大容量化が要求されており、大容量化のために様々な技術が開発されている。また、１つのメディアに多様なデータ、例えば、音楽コンテンツデータ、映像コンテンツデータ、コンピュータ用途のデータ等が自在に記録再生できることが求められている。なかでも４０５ｎｍの波長帯のレーザを使用する新規ディスクフォーマット（以下、ブルーレイディスク；ＢＤと記す。）が次世代の記録技術として大いに注目されている。
【０００３】
汎用的に使用されるメディアを開発するに際しては、新旧メディアの記録再生装置間の互換性及び整合性も重要であり、新規開発の記録再生装置は、ＤＶＤ、ＣＤ等の旧来の資産を利用可能であることが好ましい。ところが、ディスク構造及びこれに伴うレーザ仕様が異なるメディア間の互換性をもたせた装置を設計することは容易ではない。
【０００４】
最も単純な方法は、異なる光学系を設け、専用対物レンズを使用波長毎に切り換える方式であるが、複数種類の対物レンズの切換機構が必要でコストアップに繋がる。また、アクチュエータが大型化するため、装置の小型化には不利であった。そのため、対物レンズ等の一部の光学系を共有した複数波長互換光学系とする方法がとられるが、球面収差が記録面を保護する保護基板厚に比例して発生するため、従来の単レンズで波長の異なる光ビームを層厚の異なる保護基板を介して記録面にほぼ無収差で集光することは困難である。
【０００５】
そこで例えば、従来の２つの異なる保護基板厚を有する記録媒体の記録再生に対応した２波長互換タイプでは、球面収差を補正する方式として、回折素子等の光学素子を用いることによって特定波長を回折又は無回折で対物レンズに入射させる回折方式、光路を有限化することで倍率を変換する倍率変換方式等があげられる。
【０００６】
２波長互換タイプでは、あるレンズ曲面と回折素子（自由度２）の組合せによって、２つの異なるディスク保護基板厚と記録再生波長の組合せ（自由度２）の最適値を満たすような回折素子を設計することが可能で、これにより上述の命題を解決することができる。
【０００７】
ところが、ＤＶＤとＣＤと、例えば上述した新規フォーマットのＢＤとの間の３波長互換を実現しようとすると、最適化が必要な保護基板厚及び波長の組合せが３つずつになるため、単一の回折素子を用いる手法では自由度が不足し透過回折効率及び回折角を同時に最適にすることは難しい。前者の回折方式の場合、回折格子を複数個配置することにより３波長間の球面収差補正が可能となるが、回折格子形状及び格子特性によって透過回折効率が大幅に低下する。また、後者の倍率変換方式の場合、それぞれの波長のレーザ光を異なる倍率位置に置く必要があるためレーザを同一筐体内に配置することが困難で小型化に不利なうえトラッキング方向への対物レンズ移動時の特性悪化が顕著になる。
【０００８】
ＢＤは、単体での使用を考慮した専用の対物レンズを使用する場合、光利用効率９５％以上の高効率を達成するレンズを設計することは比較的容易である。しかし、従来資産であるＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）との互換性を達成しようとすると課題は多い。ここでは一例として、既にある程度の互換性が達成されているＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系をＣＤ用の光ビームに対して拡張する場合について説明する。
【０００９】
例えば、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系としては、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、対物レンズに入射されるＢＤ用の光ビームを無限系としＣＤ及びＤＶＤ記録再生用の光ビームを有限系とする方式がある。無限系とは光ビームを対物レンズに対して無限遠から照射させる場合、すなわち光ビームを対物レンズに平行光で入射させることを示し、有限系とは対物レンズに発散光を入射させることを示す。無限系及び有限系による互換方式は、回折作用を使用しないため、光利用効率が良好であること、また対物レンズに入射する光ビームの発散度に応じて焦点距離を変更できるために適切な作動距離を確保できるという利点がある。しかし、光ビームが対物レンズに発散光（有限光）として入射されるということは、光軸に対する対物レンズ横ぶれに対して余裕がないためトラッキング耐性が著しく低下するという欠点があった。
【００１０】
また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用の光ビーム（４０５ｎｍ）において９０％程度の１次回折光が得られるが、ＤＶＤ用の光ビーム（６５５ｎｍ）において７０％程度の１次回折光しか得られず、収差特性上、有利であるものの、ＤＶＤ用光ビームの透過回折効率が低く光利用効率が悪化するうえ、更にＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは困難であった。
【００１１】
また、ＢＤとＤＶＤの２波長互換光学系として、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤにて２次回折光を生じＤＶＤでは１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系では、ＢＤ用の光ビームの２次回折光及びＤＶＤ用の光ビームの１次回折光において９０％程度の透過回折効率が得られ、良好な光利用効率を示すが、球面収差の波長依存性が非常に大きく、ＣＤ用の光ビーム（７８５ｎｍ）との互換をとることは、やはり困難であった。
【００１２】
上述したＢＤ、ＤＶＤの２波長互換光学系を用いた場合の特徴を図１４に模式的に示した。図１４における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用される光ビームの波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。
【００１３】
図１４によれば、ＢＤ記録再生用の光ビームを基調とする光学系とし、ＢＤ、ＤＶＤともに１次回折光を生じるように最適化された光学素子を用いる系でＣＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合（ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ＝１次／１次／１次）、ＢＤ及びＤＶＤ互換の光学系ではＣＤ用の光ビームに対して補償できない球面収差ＳＡ１１１（ここでは、これを残存球面収差と呼ぶ）が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述した従来の実情に鑑みてなされたものであり、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の透過回折効率の低下を防止し、透過回折効率及び回折角を複数の波長に対して同時に最適化できる光ピックアップ及びこのピックアップを用いた光学記録媒体記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対して異なる波長及び開口数の光ビームを照射する光ピックアップにおいて、対物レンズと１組の回折手段とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、１組の回折手段は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなる。
【００１６】
本発明に係る光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射されるようになっている。１組の回折手段における一方の回折手段は、断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であり、他方の回折手段は、断面形状が階段状になったステップ型回折素子であって、特に、ブレーズ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、ステップ型回折素子は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有することが好ましい。
【００１７】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光ピックアップは、第１の波長を有する光ビームを射出する第１の光源と、第２の波長を有する光ビームを射出する第２の光源と、第３の波長を有する光ビームを射出する第３の光源と、第１、第２及び第３の光源からの光ビームが光学記録媒体上で反射された反射ビームを受光して電気信号に変換する受光手段とを備え、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体に対して異なる波長及び開口数の光ビームを照射する光ピックアップにおいて、対物レンズと１組の回折手段とからなり上記第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、１組の回折手段は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなる。
【００１８】
本発明に係る光ピックアップでは、結像ユニットに対して平行光が入射されるようになっている。１組の回折手段は、各々の断面形状が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子であり、一方のブレーズ型回折素子が第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有し、他方のブレーズ型回折素子が第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さを有する。
【００１９】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置は、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、光学ピックアップは、対物レンズと１組の回折手段とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、１組の回折手段は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大とまる第１の回折手段と、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビーム及び最長波長の光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなる。
【００２０】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る光学記録媒体記録再生装置は、互いに異なる保護基板厚を有する個々の光学記録媒体を回転駆動し、送り手段によって該光学記録媒体の半径方向に移動されて光学記録媒体の種類に応じて波長及び開口数が異なる光ビームによって記録及び／又は再生を行う光ピックアップを有し、光学記録媒体の回転と光ピックアップの移動とを記録及び／又は再生動作に対応して制御する光学記録媒体記録再生装置において、光学ピックアップは、対物レンズと１組の回折手段とからなり第１、第２及び第３の光源からの各光ビームを光学記録媒体上に集光する結像ユニットを備え、１組の回折手段は、第１の波長、第２の波長及び第３の波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第１の回折手段と、第１の波長、第２の波長及び第３の波長のうち最短波長の光ビームを透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームを透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大となる第２の回折手段とを備えてなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の光源から発生される異なる波長の記録再生光の透過回折効率の低下を防止し、透過回折効率及び回折角を複数の波長に対して同時に最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る光ピックアップの具体例について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の第１の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図１及び図２を用いて説明する。図２には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。
【００２３】
本具体例では、一例として、第１の光ディスク６１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク６２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク６３が波長７８５ｎｍの光ビーム５３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合の３波長互換光学系について説明する。
【００２４】
また、第１の具体例は、結像ユニットを構成する１組の回折素子の一方を断面が鋸歯形状になったブレーズ型回折素子とし、他方を断面が階段形状になったステップ型回折素子とする場合である。
【００２５】
光ピックアップ１は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ１４と、この対物レンズ１４の直前に配置される１組の回折素子１５及び回折素子１６とを備えている。光ピックアップ１では、対物レンズ１４と１組の回折素子１５及び回折素子１６は、結像ユニット１７として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。
【００２６】
本具体例では、上述した基本光学系として、波長４０５ｎｍを有するＢＤ用の光ビーム５１を発生する第１の光源と、第１の光ディスク６１における反射光を検出する光検出器と、ＢＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子を含む第１の基本光学系１１を備える。また、波長６５５ｎｍを有するＤＶＤ用の光ビーム５２を発生する第２の光源及び第２の光ディスク６２における反射光を検出する光検出器と、波長７８５ｎｍを有するＣＤ用の光ビーム５３を発生する第３の光源及び第３の光ディスク６３における反射光を検出する光検出器と、ＤＶＤ又はＣＤの規格に基づいてフォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子とを含み、ＤＶＤとＣＤとの互換がとられた第２の基本光学系１２を備えている。
【００２７】
図示しない第１の基本光学系１１に含まれる第１の光源は、第１の波長としてＢＤ記録再生用の波長４０５ｎｍの光ビーム５１を射出する。また、図示しない第２の基本光学系１２に含まれる第２の光源は、第２の波長としてＤＶＤ記録再生用の波長６５５ｎｍの光ビーム５２を射出する。また、第３の光源もまた第２の基本光学系１２に含まれており、第３の波長としてＣＤ記録再生用の波長７８５ｎｍの光ビーム５３を射出する。
【００２８】
対物レンズ１４は、いわゆる２ゾーン方式のレンズであって、第１の保護基板厚６１ａを有する第１の光ディスク６１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を集光することができる。また、第２の保護基板厚６２ａを有する第２のディスク６２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を、第３の保護基板厚を６３ａ有する第３の光ディスクとしてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム５３をそれぞれ集光することができる。
【００２９】
この対物レンズ１４の開口数は、第１の波長に対して０．８５であり、第２の波長に対しては０．６０であり、第３の波長に対しては０．４５である。ただし、ＢＤである第１の光ディスクの第１の保護基板厚は０．１ｍｍであり、ＤＶＤである第２の光ディスクの第２の保護基板厚は０．６ｍｍであり、ＣＤである第３の光ディスクの第３の保護基板厚は１．２ｍｍである。
【００３０】
第１の回折素子１５は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約１０μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子１５の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００３１】
第２の回折素子１６は、透過する光軸に対する断面が階段状になったステップ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約９０μｍ、溝深さが約６．０８μｍである。この第２の回折素子１６の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１及び最長波長（７８５ｎｍ）であるＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になり、且つＤＶＤ用の光ビーム５２では１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００３２】
図２では各光ビームが直線で描かれているが、第１の回折素子１５によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＣＤにて表してある。また、第２の回折素子１６によって生じるＤＶＤ用光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ′ＤＶＤ、ＢＤ用の光ビーム５１及びＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′ＢＤ、Ｐ′ＣＤにて表している。
【００３３】
この具体例では、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６が上述した条件のとき、第１の回折素子１５に対する波長４０５ｎｍの光ビーム５１の１次回折光の透過回折効率が８４％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム５２の１次回折光の透過回折効率が８１％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム５３の１次回折光の透過回折効率が６０％であった。また、第２の回折素子１６に対する波長４０５ｎｍの光ビーム５１の０次回折光の透過回折効率が７７％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム５２の１次回折光の透過回折効率が７８％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム５３の０次回折光の透過回折効率が８５％であった。
【００３４】
なお、対物レンズ１４、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６からなる結像ユニット１７に対して平行光が入射される光学系になっている。
【００３５】
ＤＶＤ及びＣＤ用の第２の基本光学系１２から出射された光ビーム５２、４３は、波長選択合成プリズム１８によりＢＤ用の第１の基本光学系１１から出射された光ビーム５１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１３によって平行光とされた後、結像ユニット１７の第２の回折素子１６に入射する。第２の回折素子１６及び第１の回折素子１５によって、波長４０５ｎｍの光ビーム５１、波長６５５ｎｍの光ビーム５２、波長７８５ｎｍの光ビーム５３は、球面収差が補正され、透過回折効率が低下されることなく最適化される。
【００３６】
この光ピックアップ１の光学系を用いた場合を図３に模式的に示す。図３における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用される光ビームの波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。図３に示すように、光ピックアップ１は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに１次回折光を生じるように最適化された第１の回折素子１５を用いる系でＤＶＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合に現れる残存球面収差ＳＡ０１０を第２の回折素子１６にて補償するものである。
【００３７】
結像ユニット１７を構成する第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６を以上の条件にすることにより、各光ビームに対して高い透過回折効率を保持しつつ３波長に対する球面収差の補正を達成した光学特性を得ることができる。
【００３８】
続いて、本発明の第２の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図４及び図５を用いて説明する。図５には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。第２の具体例は、結像ユニットを構成する１組の回折素子がともにブレーズ型回折素子の場合である。図４及び図５において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。
【００３９】
光ピックアップ２は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ２１と、この対物レンズ２１の直前に配置される１組の回折素子２２及び回折素子２３とを備えている。光ピックアップ２では、対物レンズ２１と１組の回折素子２２及び回折素子２３は、結像ユニット２４として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。
【００４０】
第２の本具体例も前例と同様、第１の光ディスク６１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク６２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク６３が波長７８５ｎｍの光ビーム５３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合である。
【００４１】
対物レンズ２１は、第１の保護基板厚６１ａを有する第１の光ディスク６１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を、第２の保護基板厚６２ａを有する第２のディスク６２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を、第３の保護基板厚を６３ａ有する第３の光ディスク６３としてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム５３を集光することができる。
【００４２】
第１の回折素子２２は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約８μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子２２の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００４３】
第２の回折素子２３もまた、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約２３μｍ、溝深さが約０．５５μｍである。この第２の回折素子２３の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームに対しては、０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００４４】
図５では各光ビームが直線で描かれているが、第１の回折素子２２によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＣＤで表してある。また、第２の回折素子２３によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を上向きの曲線点線Ｐ′ＢＤ、ＤＶＤ用の光ビーム５２及びＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′ＤＶＤ、Ｐ′ＣＤにて表している。
【００４５】
この第２の具体例では、第１の回折素子２２及び第２の回折素子２３が上述した条件のとき、第１の回折素子２２に対する波長４０５ｎｍの光ビーム５１の１次回折光の透過回折効率が８４％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム５２の１次回折光の透過回折効率が８１％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム５３の１次回折光の透過回折効率が６０％であった。また、第２の回折素子２３に対する波長４０５ｎｍの光ビーム５１の１次回折光の透過回折効率が７５％であり、波長６５５ｎｍの光ビーム５２の０次回折光の透過回折効率が５２％であり、波長７８５ｎｍの光ビーム５３の０次回折光の透過回折効率が６４％であった。
【００４６】
なお、第１の具体例と同様、対物レンズ１４、第１の回折素子１５及び第２の回折素子１６からなる結像ユニット１７に対して平行光が入射される光学系になっている。
【００４７】
ＤＶＤ及びＣＤ用の第２の基本光学系１２から出射された光ビーム５２、４３は、波長選択合成プリズム１８によりＢＤ用の第１の基本光学系１１から出射された光ビーム５１の光軸と一致するようになっている。光軸が一致した各光ビームは、コリメートレンズ１３によって平行光とされた後、結像ユニット２４の第２の回折素子２３に入射する。第２の回折素子２３及び第１の回折素子２２によって、波長４０５ｎｍの光ビーム５１、波長６５５ｎｍの光ビーム５２、波長７８５ｎｍの光ビーム５３は、球面収差が補正され、透過回折効率が低下されることなく最適化される。
【００４８】
この光ピックアップ２の光学系を用いた場合の特徴を図６に模式的に示す。図６における縦軸は各光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚を示し、横軸は使用される光ビームの波長帯を示している。発生する球面収差量は保護基板厚に比例的であり、回折角度は波長に比例的であるため、球面収差量とこの波長で生じる回折角度との関係も表している。図６に示すように、光ピックアップ２は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤともに１次回折光を生じるように最適化された第１の回折素子２２を用いる系でＢＤの１次回折光を対物レンズに入射させた場合に現れる残存球面収差ＳＡ１００を第２の回折素子２３にて補償するものである。
【００４９】
結像ユニット２４を構成する第１の回折素子２２及び第２の回折素子２３を以上の条件にすることにより、各光ビームに対して高い透過回折効率を保持しつつ３波長に対する球面収差の補正を達成した光学特性を得ることができる。
【００５０】
続いて、本発明の第３の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図７及び図８を用いて説明する。図８には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。第３の具体例は、１組の回折手段が１枚の光学プレートの両面に形成された場合である。図７及び図８において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。
【００５１】
光ピックアップ３は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ３１と、この対物レンズ３１の直前に配置される１組の回折素子３２及び回折素子３３とを備えている。光ピックアップ３では、回折素子３２及び回折素子３３が光学プレート３４の両面に形成されており、この光学プレート３４と対物レンズ３１が互いに固定されて結像ユニット３５が構成されている。結像ユニット３５が１つのアクチュエータにより駆動される。
【００５２】
第３の本具体例も前例と同様、第１の光ディスク６１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク６２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク６３が波長７８５ｎｍの光ビーム５３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合である。
【００５３】
対物レンズ３１は、第１の保護基板厚６１ａを有する第１の光ディスク６１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を、第２の保護基板厚６２ａを有する第２の光ディスク６２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を、第３の保護基板厚を６３ａ有する第３の光ディスク６３としてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム５３を集光することができる。
【００５４】
第１の回折素子３２は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約１０μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子３２の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００５５】
一方、第２の回折素子３３は、透過する光軸に対する断面が階段状になったステップ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約９０μｍ、溝深さが約６．０８μｍである。この第２の回折素子３３の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１及び最長波長（７８５ｎｍ）であるＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になり、且つＤＶＤ用の光ビーム５２では１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００５６】
図８では各光ビームが直線で描かれているが、第１の回折素子３２によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＣＤにて表してある。また、第２の回折素子３３によって生じるＤＶＤ用光ビームの１次回折光の波面を点線Ｐ′ＤＶＤ、ＢＤ用の光ビーム５１及びＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′ＢＤ、Ｐ′ＣＤにて表している。
【００５７】
また、この１組の回折手段は、ともにブレーズ型回折素子であってもよい。この場合の例を図９に示す。第３の回折素子３６は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約８μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第３の回折素子３６の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００５８】
第４の回折素子３７もまた、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約２３μｍ、溝深さが約０．５５μｍである。この第４の回折素子３７の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームに対しては、０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００５９】
図９では第３の回折素子３６によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＢＤ、ＤＶＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＤＶＤ、ＣＤ用の光ビームの１次回折光の波面を点線ＰＣＤで表してある。また、第４の回折素子３７によって生じるＢＤ用の光ビームの１次回折光の波面を上向きの曲線点線Ｐ′ＢＤ、ＤＶＤ用の光ビーム５２及びＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の波面を点線Ｐ′ＤＶＤ、Ｐ′ＣＤにて表している。
【００６０】
なお、第１の具体例と同様、対物レンズ３１、第１の回折素子３２、第２の回折素子３３、光学プレート３４からなる結像ユニット３５に対して、或いは対物レンズ３１、第３の回折素子３６及び第４の回折素子３７、光学プレート３４からなる結像ユニット３５に対して平行光が入射される光学系になっている。
【００６１】
続いて、本発明の第４の具体例として示す光ピックアップの光学系について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１１には、光ディスク記録面、対物レンズ、回折部が拡大して示されている。第４の具体例は、１組の回折手段のうち、一方の回折格子が対物レンズに設けられ、他方の回折格子が光学プレートに設けられる場合である。図１０及び図１１において、図１及び図２と同様の作用を有する構成は、同一の番号を付して詳細な説明は省略している。
【００６２】
光ピックアップ４は、光源と記録面での反射光を受光し光信号を読み出す光検出素子、出射光及び戻り光を分岐する分光素子、フォーカス信号又はトラッキング信号を発生させる素子等を有する基本光学系と、光源より射出された光ビームを光ディスクの記録面に集光する対物レンズ４１と、この対物レンズ４１上に配置される第１の回折素子４２と、対物レンズ４１及び第１の回折素子４２に対して固定された光学プレート４３上に配置される第２の回折素子４４とを備えている。光ピックアップ４では、対物レンズ４１とこの対物レンズ４１上に形成された第１の回折素子４２と、光学プレート４３上に形成された第２の回折素子４４とは、結像ユニット４５として互いに固定されており１つのアクチュエータにより駆動される。
【００６３】
第４の本具体例も前例と同様、第１の光ディスク６１が波長４０５ｎｍの光ビーム５１を記録再生光として使用するブルーレイディスク（以下、ＢＤと記す。）、第２の光ディスク６２が波長６５５ｎｍの光ビーム５２を記録再生光として使用するＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、第３の光ディスク６３が波長７８５ｎｍの光ビーム５３を記録再生光として使用するＣＤ（Compact Disc）の場合である。
【００６４】
対物レンズ４１は、第１の保護基板厚６１ａを有する第１の光ディスク６１としてのＢＤに対して第１の波長を有する光ビーム５１を、第２の保護基板厚６２ａを有する第２のディスク６２としてのＤＶＤに対して第２の波長を有する光ビーム５２を、第３の保護基板厚を６３ａ有する第３の光ディスク６３としてのＣＤに対して第３の波長を有する光ビーム５３を集光することができる。
【００６５】
対物レンズ４１上に形成される第１の回折素子４２は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約１０μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第１の回折素子４２の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００６６】
一方、光学プレート４３上に形成される第２の回折素子４４は、透過する光軸に対する断面が階段状になったステップ型回折素子であって、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約９０μｍ、溝深さが約６．０８μｍである。この第２の回折素子４４の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１及び最長波長（７８５ｎｍ）であるＣＤ用の光ビーム５３を透過したときの０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になり、且つＤＶＤ用の光ビーム５２では１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００６７】
また、この１組の回折手段は、ともにブレーズ型回折素子であってもよい。この場合の例を図１２に示す。対物レンズ４１上に形成される第３の回折素子４６は、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約８μｍ、溝深さが約０．９５μｍである。この第３の回折素子４６の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が０次、２次等の他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００６８】
光学プレート４３上に形成される第４の回折素子４７もまた、透過する光軸に対する断面が鋸歯状になったブレーズ型回折素子であり、ＮＡは０．６であり、その最外周のピッチが約２３μｍ、溝深さが約０．５５μｍである。この第４の回折素子４７の溝深さは、第１の波長を有する光ビーム５１、第２の波長を有する光ビーム５２及び第３の波長を有する光ビーム５３のうち最短波長（４０５ｎｍ）であるＢＤ用の光ビーム５１を透過したときの１次回折光又は−１次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大であり、残りの光ビームに対しては、０次回折光の透過回折効率が他の次数の回折光と比べて最大になる溝深さになっている。
【００６９】
なお、第１の具体例と同様、対物レンズ４１、第１の回折素子４２、第２の回折素子４４、光学プレート４３からなる結像ユニット４５に対して、或いは対物レンズ４１、第３の回折素子４６及び第４の回折素子４７、光学プレート４３からなる結像ユニット４５に対して平行光が入射される光学系になっている。
【００７０】
続いて、本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置１０１を図１３に示す。
【００７１】
光ディスク記録再生装置１０１は、光記録媒体である光ディスク１０２を回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ１０３と、本発明に係る光ピックアップ１０４と、その駆動手段としての送りモータ１０５とを備えている。この光ディスク記録再生装置１０１は、フォーマットの異なる３タイプの光ディスク１０２に対して記録再生できる３規格間互換性を実現した記録再生装置である。
【００７２】
本具体例で使用可能な光ディスクとしては、波長４０５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＢＤ、波長６５５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＤＶＤ、波長７８５ｎｍの光ビームを記録再生光として使用するＣＤがあげられる。上段で説明した光ディスク６１、光ディスク６２、光ディスク６３は、図１３の光ディスク１０２に対応している。
【００７３】
ここで、スピンドルモータ１０３及び送りモータ１０５は、ディスク種類判別手段ともなるシステムコントローラ１０７からの指令に基づいて制御されるサーボ制御部１０９によりディスク種類に応じて駆動制御されており、例えば、光ディスク６１、光ディスク６２、光ディスク６３に応じて所定の回転数で駆動される。
【００７４】
光ピックアップ１０４は、図１及び図２、図４及び図５、図７〜図１２を用いて説明した３波長互換光学系を有する光ピックアップであり、規格の異なる光ディスクの記録層に対して異なる波長の光ビームを照射するとともに、この光ビームの記録層における反射光を検出する。光ピックアップ１０４は、検出した反射光から各光ビームに対応する信号をプリアンプ部１２０に供給する。
【００７５】
プリアンプ部１２０の出力は、信号変復調器及びエラー訂正符号ブロック（以下、信号変復調＆ＥＣＣブロックと記す。）１０８に送られる。この信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８は、信号の変調、復調及びＥＣＣ（エラー訂正符号）の付加を行う。光ピックアップ１０４は、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８の指令にしたがって回転する光ディスク１０２の記録層に対して光ビームを照射し、光ディスク１０２に対して信号の記録又は再生を行う。
【００７６】
プリアンプ部１２０は、フォーマット毎に異なって検出される光ビームに対応する信号に基づいて、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号、ＲＦ信号等を生成するように構成されている。記録又は再生の対象媒体とされる光記録媒体の種類に応じて、サーボ制御回路１０９、信号変復調部及びＥＣＣブロック１０８等により、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの規格に基づく復調及び誤り訂正処理等の所定の処理が行われる。
【００７７】
ここで例えば、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がコンピュータのデータストレージ用であれば、インターフェイス１１１を介して外部コンピュータ１３０に送出される。これにより、外部コンピュータ１３０等は、光ディスク１０２に記録された信号を再生信号として受け取ることができる。
【００７８】
また、信号変復調＆ＥＣＣブロック１０８により復調された記録信号がオーディオビジュアル用であれば、Ｄ／Ａ及びＡ／Ｄ変換器１１２のＤ／Ａ変換部でデジタルアナログ変換され、オーディオビジュアル処理部１１３に供給される。そしてオーディオビジュアル処理部１１３でオーディオビジュアル処理が行われ、オーディオビジュアル信号入出力部１１４を介して、図示しない外部の撮像映写機器等に伝送される。
【００７９】
光ピックアップ１０４において、例えば、光ディスク１０２上の所定の記録トラックまで移動させるための送りモータ１０５の制御、スピンドルモータ１０３の制御、及び光ピックアップ１０４において光集光手段となる対物レンズを保持する２軸アクチュエータのフォーカシング方向の駆動とトラッキング方向の駆動制御は、それぞれサーボ制御回路１０９により行われる。
【００８０】
サーボ制御回路１０９は、光ピックアップ１０４内に配設された光結合効率可変素子を動作させ、光ピックアップ１０４における光結合効率、すなわち半導体レーザ素子等のレーザ光源から出射される光束の総光量と光ディスク１０２上に集光する光量との比率が、記録モード時、再生モード時、或いは光ディスク１０２の種類に応じて変更されるように制御している。
【００８１】
レーザ制御部１２１は、光ピックアップ１０４のレーザ光源を制御する。特に、この具体例では、レーザ制御部１２１は、記録モード時と再生モード時とでレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。また、光ディスク１０２の種類に応じてもレーザ光源の出力パワーを異ならせる制御を行っている。レーザ制御部１２１は、ディスク種類判別部１１５によって検出された光ディスク１０２の種類に応じて光ピックアップ１０４のレーザ光源を切り換えている。
【００８２】
ディスク種類判別部１１５は、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤ間の表面反射率、形状的及び外形的な違い等から光ディスク１０２の異なるフォーマットを検出することができる。光ディスク記録再生装置１０１を構成する各ブロックは、ディスク種類判別部１１５における検出結果に応じて、装着される光ディスクの仕様に基づく信号処理ができるように構成されている。
【００８３】
システムコントローラ１０７は、ディスク種類判別部１１５から送られる検出結果に基づいて光ディスク１０２の種類を判別する。光記録媒体の種類を判別する手法としては、光記録媒体がカートリッジに収納されるタイプであれば、このカートリッジに検出穴を設けて接触検出センサ又は押下スイッチを用いて検出する手法があげられる。
【００８４】
光結合効率制御手段として機能するサーボ制御回路１０９は、システムコントローラ１０７に制御され、ディスク種類判別部１１５の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。サーボ制御回路１０９は、例えば光ピックアップ１０４と光ディスク１０２との相対位置を検出する（ディスク１０２に記録されたアドレス信号をもとに位置検出する場合を含む）ことによって、記録及び／又は再生する記録領域を判別できる。そして、サーボ制御回路１０９は、記録及び／再生する記録領域の判別結果に応じて光ピックアップ１０４における光結合効率を制御する。
【００８５】
以上説明した光ディスク記録再生装置１０１によれば、図１及び図２、図４及び図５、図７〜図１２を用いて説明した光ピックアップを用いることにより、波長４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍの各光ビームを使用する系においても透過回折効率を低下することなく、ＢＤ、ＤＶＤ、ＣＤの３規格に対して同一の光学系を用いる際に生じる球面収差を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、異なる保護基板厚を有する光学記録媒体に対する記録再生を異なる波長の光ビームによって行う光ピックアップであれば、具体例で説明した以外のディスクフォーマットに対しても適用可能である。例えば、光ディスクは、光変調記録を用いた種々の方式の記録再生ディスク、いわゆる「光磁気記録」、「相変化記録」及び「色素記録」等を含む光ディスク、具体的には「ＣＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ−ＲＡＭ」、「ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ」、「ＤＶＤ＋ＲＷ」等、又は、各種光磁気記録媒体であってもよい。光ディスクは、記録層上における最適な記録及び／又は再生光パワーが異なる少なくとも２以上の記録領域に記録層が分割された光ディスク、複数の記録層が透明基板を介して積層された光ディスクであっても使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図２】上記光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図３】光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。
【図４】本発明の第２の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図５】上記光ピックアップの光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図６】光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。
【図７】本発明の第３の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図８】上記光ピックアップにおいて、一方の回折素子がブレーズ型回折素子であって他方の回折素子がステップ型回折素子である場合の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図９】上記光ピックアップにおいて、１組の回折手段がともにブレーズ型回折素子である場合の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図１０】本発明の第４の具体例として示す光ピックアップの光学系を説明する構成図である。
【図１１】上記光ピックアップにおいて、一方の回折素子がブレーズ型回折素子であって他方の回折素子がステップ型回折素子である場合の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図１２】上記光ピックアップにおいて、１組の回折手段がともにブレーズ型回折素子である場合の光学系の記録面付近を説明する拡大図である。
【図１３】本発明の具体例として示す光ピックアップを適用した光ディスク記録再生装置を説明する構成図である。
【図１４】光学ディスクの記録面を保護する保護基板厚及び使用波長帯と発生する球面収差量とを説明する図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，２    光ピックアップ、  １１    第１の基本光学系、  １２    第２の基本光学系、  １３    コリメートレンズ、  １４    対物レンズ、  １５    第１の回折素子、  １６    第２の回折素子、  １７    結像ユニット、  １８    波長選択合成プリズム、  ２２    第１の回折素子、  ２３    第２の回折素子、  ２４    結像ユニット、  ５１    光ビーム（４０５ｎｍ）、  ５２    光ビーム（６５５ｎｍ）、  ５３    光ビーム（７８５ｎｍ）  ６１    第１の光ディスク、  ６２    第２の光ディスク、  ６３    第３の光ディスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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